Моделирование

Модель — это искусственный объект (артефакт) или естественный объект, помещенный в искусственные или естественные условия, ко­торый обладает существенным, с точки зрения цели познания (про­ектирования), сходством с объектом и может заменять объект, в за­данном отношении будучи объектом исследования. Моделирование есть изучение некоторого объекта посредством на­блюдений или экспериментов, проводимых с его моделью.

Таким образом, мы имеем четыре основных способа моделиро­вания:

1) искусственный объект помещается в искусственные условия;

2) искусственный объект помещается в естественные условия — те, в которых пребывает изучаемый объект «сам по себе»;

3) естественный объект помещается в искусственные условия;

4) естественный объект помещается в естественные условия.

Случаи 1 и 3 иногда называют модельным экспериментом.

Термин «модель» имеет широкий спектр значений. Это может

быть простой механический макет изучаемого явления любой при­роды, с одной стороны, и детальное построение в специальном фор­мализованном языке — с другой. (С ростом компьютеризации и ин­форматизации познания модели этого последнего вида, фактически, сближаются с теориями.)

Центральным в определении является указание на существен­ность сходства между моделью и интересующим нас (изучаемым или проектируемым) объектом с точки зрения нашей цели (позна­ния или проектирования). Вообще говоря, любой предмет имеет сходство с любым другим предметом, причем вовсе не в одном ка­ком-то отношении. Так что если не иметь в виду существенность сходства, то можно и любой предмет использовать в качестве модели любого другого предмета, стоит только захотеть. Для такого «модели­рования» нет никаких ограничений. Так, например, расположение в определенной конфигурации десятка картофелин может рассматри­ваться как модель развертывания в предстоящем бою воинских под­разделений. Если сходство поверхностное, то мы будем иметь дело не с моделированием в строгом смысле слова, а, скорее всего, с по­верхностной аналогией или пояснительной иллюстрацией, полез­ной, скажем, в учебных целях. Тем не менее, рассуждая строго фор­мально, можно и такого рода приемы считать моделированием: в самом деле, для субъекта, изучающего (в частном случае — и с учеб­ной целью) некоторый объект А, другой объект А* является моделью объекта А в той мере, в какой он может использовать А* для того, что­бы получать ответы на вопросы, интересующие его в отношении А. Так что значение простых, «наглядных» моделей ни в коем случае не следует преуменьшать. Оно, заметим, не сводится только к тому, что модели этого рода служат иллюстрациями, вспомогательными учеб­ными средствами, хотя и это немало (вспомним афоризм Кельвина: «Понять — это значит построить механическую модель»). Но, кроме того, простые модели нередко служат «идеей», исходным вариантом более сложной, уточненной модели.

С другой стороны, если сходство будет полным, то мы опять-таки будем иметь дело не с моделированием как таковым, а с наблюдением или экспериментом, различающимися только тем, что они проводят­ся не с самим объектом, а с его «двойником», вторым «экземпляром».

Таким образом, модель является нормативной и целенаправленной: она выбрана для того, чтобы представлять только определенные харак­теристики прототипа, а именно те, которые наиболее важны, значимы или ценны, и ее значение и ценность могут существовать только в от­ношении некоторой цели, для достижения которой и служит модель.

К моделированию мы прибегаем по разным причинам. Прежде всего, бывает так, что возможности наблюдения исчерпаны, а поста­новка эксперимента, кроме его дороговизны, чревата нежелательны­ми последствиями; так очень часто бывает в социальном познании (укажем, например, на проблему рационального использования ре­сурсов). В исторических исследованиях прямое экспериментирова­ние невозможно уже из-за того, что изучаемые процессы и события отошли в прошлое. Кроме того, историк почти никогда не имеет сведений о генеральной совокупности интересующих его массовых (случайных) явлений, путем изучения (наблюдения) которой мож­но было бы прийти к формулированию некоторой закономерности. Ему приходится довольствоваться какой-то выборкой, так что опять- таки возникает потребность в моделировании.

Неизбежно ограниченную роль играет прямое экспериментиро­вание и в исследовании социально-политических вопросов, посколь­ку надолго и полностью «отгородить» какую-либо группу от всей совокупности общественных связей, поставив людей в особые усло­вия жизни и управления, невозможно. В сходных обстоятельствах оказывается экспериментатор и при исследовании социально-психо­логических явлений. Даже при изучении характеристик отдельной личности посредством метода электроэнцефалограмм искусствен­ность лабораторных условий часто заставляет отказываться от пря­мого экспериментирования и прибегать к моделированию. Напри­мер, при действии неприятных раздражителей даже у достаточно выдержанных людей на электроэнцефалограмме появляются специ­фические тэта-ритмы, которые при обычных обстоятельствах едва различимы, однако их тщательное изучение в лаборатории затруд­нено, поскольку искусственность ситуации столь же очевидна для испытуемого, сколь затруднительна для экспериментатора. Один из возможных выходов — это замена, т. е. моделирование, реакции на появление неприятного раздражителя реакцией на исчезновение приятного раздражителя, который вводится в совокупности условий опыта постепенно, а убирается резко.

Распространено моделирование в технических науках и в инже­нерном деле. Классическим примером служит моделирование ново­го типа самолета: сначала делается модель несоизмеримо меньших размеров по сравнению с будущим реальным самолетом, и эта мо­дель не летает, а «обдувается» в аэродинамической трубе мощным воздушным потоком. Так что в этом случае модель заменяет самолет, а поток воздуха, продуваемого мимо модели, имитирует процесс по­лета. Заметим при этом, что модель не есть просто во много раз уменьшенный самолет: многие параметры (угол наклона крыльев и стреловидность крыла, например) пересчитаны с учетом разности в размерах самолета и модели.

В самом общем виде классификация моделей требует, очевидно, сопоставления природы прототипа (изучаемого или проектируемо­го объекта) и природы модели. Они могут или совпадать, или не со­впадать. Может идти речь о материальном прототипе и материальной модели, о материальном прототипе и идеальной (мысленной) моде­ли, об идеальном прототипе и материальной модели и об идеальном прототипе и идеальной модели. Разумеется — в социальном позна­нии особенно, — и прототип, и модель могут иметь и более сложную природу, сочетая в себе материальные и идеальные компоненты. Имеют определенное значение и более тонкие различия; например, одно дело — механическая модель химического объекта (кристалли­ческая решетка) и несколько другое — тоже материальная модель, но физическая, для того же химического объекта.

Особое место в современном научном познании и инженерно- техническом творчестве занимает информационное моделирование, т. е. наблюдение и эксперимент, осуществляемые с моделями объек­тов, построенными в виде компьютерных программ. По способу представления объекта эти модели следует, очевидно, отнести к мыс­ленным моделям особого рода, которые можно назвать «автоматизи­рованными мысленными моделями». В самом деле, используя их, мы, фактически, «просто» автоматизируем мысленный модельный эксперимент, хотя и применяем при этом некоторое материальное образование — компьютер. Функционирование модели в этом случае есть только более совершенное (с точки зрения скорости вычисле­ний и проведения длинных последовательностей логических выво­дов) осуществление тех мысленных операций над моделью, тех пре­образований в ней и изменений, которые «потенциально» (будь у нас необходимый запас времени, сил и терпения) мы могли бы вы­полнить и сами. Поскольку речь идет о «мысленном эксперименте», то его «формальная разработка» оказывается очень важной. Факти­чески, мы здесь пользуемся методом формализации (хотя и не толь­ко им!): изучаем форму уже имеющегося в нашем распоряжении знания об интересующем нас объекте. В связи с этим подчеркнем значение достижений в области математики и логики, которые наря­ду с успехами технических наук в разработке компьютеров и инфор­мационных технологий сделали возможным такой мощный метод.

Одно из перспективных направлений в развитии метода модели­рования — качественное моделирование. В этом методе совокупность числовых параметров моделируемого объекта заменяется совокуп­ностью параметров, у которых указываются только «граничные зна­чения», а уравнения, описывающие отношения между параметра­ми, заменяются некоторыми другими — производными от исходных и представляющими направления возможных изменений парамет­ров. Работа модели описывается на языке теории графов. Такое опи­сание сравнительно легко переводится в программу для компьютера. Кроме того, оно достаточно наглядно.

Довольно распространено представление о том, что повышение точности моделирования требует обращения только к теории подо­бия. Теория подобия и в самом деле важна; ранее, приводя пример из самолетостроения, мы отмечали, что между моделью и ее прототи­пом соотношения гораздо более сложные, нежели простое различие в количественных параметрах: как и повсюду, количественные изме­нения означают и неизбежность соответствующих качественных раз­личий. В действительности, особенно если речь идет об информаци­онном моделировании, не менее важно обратиться к логико- математической теории моделей. Установление непротиворечиво­сти, корректности, (семантической) адекватности и, следовательно, полноты формализованной системы, в которой и строится модель, — это важнейшее звено в обосновании пригодности метода информа­ционного моделирования: выяснение перечисленных вопросов есть, по существу, выяснение адекватности моделирования в общем методологическом смысле.